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《核技术》2022年1期目次

2022-01-14 14:35     来源:核技术     核技术辐照灭菌核医学

图1.核技术1期封面

01 综 述

题目:SiC MOSFET单粒子效应研究现状

作者: 刘翠翠,郭刚,李治明,张付强,陈启明,韩金华,杨新宇

第一作者单位: 中国原子能科学研究院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010001

关键词: SiC MOSFET; 单粒子效应; 抗辐照加固; 性能评估

摘要

伴随核能与空间技术的快速发展,SiC MOSFET等高压大功率器件的应用不断增加,其因环境中的高能粒子辐射所引起的单粒子效应问题(如单粒子烧毁、单粒子栅击穿等)也逐渐凸显。为全面深入认识该问题,首先,论证了SiC MOSFET的优势特性,及其在辐射应用中面临的关键问题。然后,整理了目前国内外关于SiC MOSFET单粒子效应的模拟计算、辐照实验及相应研究成果,总结了在SiC MOSFET单粒子效应研究中的主要关注点,并分析了SiC MOSFET单粒子效应敏感性较高的原因。最后,基于目前SiC MOSFET单粒子效应研究中仍存在的问题,展望了未来可重点关注的研究方向。通过系统总结国内外SiC MOSFET单粒子效应研究进展,希望能为研究SiC MOSFET单粒子效应物理机制以及改进其抗单粒子效应加固技术提供有价值的参考。


题目:辐照对冷冻肉类食品品质影响的研究现状

作者: 董娟聪,程娇,党旭红,王超,刘晓明

第一作者单位:中国辐射防护研究院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010002

关键词: 电离辐射; 冷冻肉类食品; 品质; 耐受剂量

摘要

辐照技术作为处理病菌的消杀技术,已广泛应用于食品加工领域。进口冷链肉类食品新冠状病毒检出阳性,对辐照食品加工提出新的要求,在冷冻状态下接受辐照加工的肉类食品品质如何?该文主要从食品感官、蛋白分解、脂肪氧化、维生素含量等方面概述辐照处理对冷冻肉类食品品质的影响,为辐照用于新冠等病毒消杀工艺的制定提供参考,同时为冷冻肉类食品的研究及辐照冷冻食品的工业化发展提供借鉴。


02 加速器技术、射线技术及应用

题目:1.3 GHz超导加速模组振动响应有限元分析及测试

作者: 甄亭亭,邓荣兵,高飞,雷知迪,殷立新

第一作者单位: 中国科学院上海高等研究院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010201

关键词: 超导加速模组; 有限元分析; 随机振动响应; 振动监测

摘要

利用SOLID EDGE软件对上海硬X射线自由电子激光装置项目中1.3 GHz超导加速模组进行模型简化,并通过ANSYS Workbench对简化后的模型进行模态及随机响应分析,得到了模组在不同螺杆伸出长度悬吊状态下的振型、模组腔结构在1~100 Hz频段内横向均方根位移以及模组腔相对于吊顶的振动放大系数。仿真结果表明:悬吊结构螺杆伸长8 cm对振动基本无影响,与实验大厅内的振动实测结果一致,验证了有限元模型简化及仿真的准确性,可为支撑方式的选择和优化提供参考。结合模组腔的放大系数,对模组未来的运行环境进行振动监测,结果显示:模组腔横向振动满足1~100 Hz频段内均方根小于300 nm的稳定性要求。


题目:基于氘氚中子源硼中子俘获治疗的中子慢化整形研究

作者: 朱益楠,林作康,卢林远,郁海燕,陈金根,谢雷东

第一作者单位: 中国科学院上海应用物理研究所

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010202

关键词: 硼中子俘获治疗; 氘氚中子源; 蒙特卡罗模拟; 束流整形组件

摘要

硼中子俘获治疗(Boron Neutron Capture Therapy,BNCT)是一种具有广阔前景的癌症治疗方法。氘氚中子源是未来可供选择的BNCT中子源之一,由于氘氚中子源产生的中子能量为14.1 MeV,不能直接用于BNCT,需要进行束流慢化整形。使用蒙特卡罗模拟程序MCNP5设计了相应的束流整形组件(Beam Shaping Assembly,BSA),模拟验证了用半径为14 cm的天然铀球做中子倍增层的优越性,计算结果表明:采用50 cm厚的BiF3和10 cm厚的TiF3组合慢化层,17 cm厚的AlF3补充慢化层,0.2 mm厚的Cd热中子吸收层,3.5 cm厚的Pb作为γ屏蔽层,以及10 cm厚的Pb反射层,获得了较为理想的治疗中子束,输出中子束的空气端参数满足国际原子能机构(International Atomic Energy Agency,IAEA)的建议值。


题目:质子辐照对RADFETs的γ辐照剂量响应的影响研究

作者: 马函,孙静,何承发,荀明珠

第一作者单位: 中国科学院新疆理化技术研究所

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010203

关键词: RADFETs; 质子辐照; γ剂量标定; 陷阱电荷分离

摘要

针对辐射敏感晶体管(Radiation Sensitive Field-Effect Transistors,RADFETs)在地面标定使用60Co γ射线源而实际空间应用时存在的质子电子辐射环境的差异性问题,进行了10 MeV质子和60Co γ射线的对比辐照与协和辐照试验。采用中带电压法(Mid-gap Technique,MGT)和电荷泵法(Charge Pumping,CP)对器件辐照过程中的氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷进行了分离,结合Geant4工具包仿真质子在氧化层中初级反冲原子(Primary Knock-on Atom,PKA)的产生过程,对RADFETs质子与60Co γ辐射响应差异的微观机理进行了探讨。研究结果表明:RADFETs对质子的剂量响应较少,但质子辐照会在RADFETs中引入位移损伤,加剧其邻近界面处的陷阱电荷对测量结果的影响。因此RADFETs在空间应用时,有必要使用质子电子的通量模型对测量数据进行修正或设计特定的标定方案。


03 核化学、放射化学、放射性药物和核医学

题目:上海市核医学单光子显像报告书写要素规范

作者: 单凤玲,张锦明,刘从进,石珂清,刘兴党

第一作者单位: 上海市浦东医院 复旦大学附属浦东医院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010301

关键词: 单光子发射计算机断层扫描; 影像报告; 要素; 规范

摘要

核医学单光子发射计算机断层扫描(Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT)是目前核医学科装机最多、应用最广的设备,可以反映活体生理、生化、功能和代谢变化。SPECT示踪剂多样,但空间分辨率差,而X线计算机体层成像(X-ray Computed Tomography,CT)具有较高的分辨率,因此核医学单光子发射计算机体层成像/X线计算机体层成像(Single Photon Emission Computed Tomography/X-ray Computed Tomography,SPECT/CT)将功能成像和结构解剖影像两者有机结合起来,具有高灵敏度及特异度等特点,广泛用于各种疾病的诊治,已成为临床认可的常规检查项目,为临床诊疗提供重要信息。SPECT在上海市各级医院的普及,需要标准化的报告规范,以达到国家卫健委要求的检查报告互认,更好地为临床、科研、教学等提供依据。根据国际指南及既往经验总结,上海市核医学质量质控中心专家委员会制定了上海市核医学单光子显像报告书写要素规范,为单光子显像报告书写提供可参考的依据。


题目:用于氙氪吸附分离的金属-有机骨架材料耐辐照性能的初步研究

作者:陈彬,武山,宋晓靓,马和平

第一作者单位: 西北核技术研究所

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010302

关键词: 金属-有机骨架材料; Xe和Kr; 吸附分离; γ射线辐照

摘要

由于乏燃料后处理废气中放射性氙(Xenon,Xe)和氪(Krypton,Kr)的去除需求以及高纯度Xe气体的商业价值,Xe和Kr的吸附分离越来越受到重视。目前Xe/Kr的分离主要采用能源和资本密集型的低温精馏法。以金属-有机骨架材料为吸附剂的多孔材料已经展示出在相对较高温度下选择性吸附Xe和Kr的能力,有望替代低温精馏法实现低成本的Xe/Kr分离。实验研究了三种热稳定性良好的金属-有机骨架材料(Co/DOBDC、Ni/DOBDC、Co3(HCOO)6)对Xe和Kr的吸附分离性能。从材料在273 K温度下对Xe和Kr的吸附等温线、亨利常数、亨利选择性和理想吸附溶液理论(Ideal Adsorbed Solution Theory,IAST)选择性等测试和计算结果来看,Co/DOBDC和Ni/DOBDC在常压下对Xe具有较大的吸附容量,适用于Xe吸附存储的应用场景;Co3(HCOO)6在低压吸附下具有大的Xe亨利常数、Xe/Kr亨利选择性和Xe/Kr IAST选择性,适用于Xe和Kr吸附分离的应用场景。通过对Co/DOBDC、Ni/DOBDC和Co3(HCOO)6的γ射线辐照稳定性进行了研究,比较材料辐照前后的孔性质(比表面积和孔容)可知,Co/DOBDC和Ni/DOBDC经不同剂量的γ射线辐照后其各自的孔性质均发生了明显的变化,而且Co/DOBDC的孔性质变化程度较Ni/DOBDC的大,而Co3(HCOO)6经总剂量9 kGy的γ射线辐照后其孔性质基本没有变化,表明Co3(HCOO)6具有在辐射场景下的应用潜力。


04 核电子学与仪器

题目:LaBr3(Ce)探测器探测效率影响因素研究

作者: 陈志强,陈晶晶,舒双宝,余子樵,张育中,郎贤礼

第一作者单位: 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010401

关键词: LaBr3(Ce); Geant4; 探测效率; 射线探测

摘要

LaBr3(Ce)晶体是一种性能优异的新型无机闪烁体,是制作闪烁体探测器的优异材料。LaBr3(Ce)探测器在核测井、环境监测、核医学等领域得到了广泛应用。探测器的探测效率是探测器设计和研制的一个重要指标,利用Geant4工具包建立LaBr3(Ce)探测器的探测模型,对影响探测器的探测效率的相关因素进行研究。结果表明:探测效率与晶体截面形状、尺寸有关:矩形截面的探测效率低于圆形和方形截面,而且晶体径向尺寸越大而长度越短,探测效率越高;LaBr3(Ce)探测器的探测效率与射线的能量有关:能量越高,探测效率越低;同时,若是发散的放射源,与探测器间距越小闪烁体的探测效率越高。通过探测器探测效率的影响因素分析,对基于LaBr3(Ce)探测器研究和设计具有一定的参考价值和指导意义。


05 核能科学与工程

题目:矩形窄缝通道受热表面污垢沉积实验研究

作者: 程成,段钟弟,许巍,刘晓晶,唐文勇

第一作者单位: 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010601

关键词: 失水事故; 矩形窄缝通道; 污垢沉积; 微观形貌; 传热

摘要

失水事故下堆芯余热排出时,板状燃料元件表面因冷却剂引入负溶解度盐杂质而发生污垢沉积,导致传热性能恶化甚至堵塞通道。为研究矩形窄缝通道内受热表面污垢沉积特性,设计搭建了一种采集矩形窄缝通道表面特定方位处污垢样品的实验装置,以碳酸钙作为可溶性杂质,对60 mm×2 mm截面的矩形窄缝通道受热面污垢沉积过程进行实验测试,观测通道不同位置、不同时间下污垢沉积的微观形貌特征,测量污垢厚度的分布特性,并探究污垢沉积对壁面传热的影响规律。结果表明:污垢形态随沉积时间增加而改变,不同位置处的沉积厚度差异显著,通道传热系数随时间先下降后趋于稳定,下降幅度为26.49%。


题目:基于BEAVRS基准题高保真建模的OpenMC程序和NECP-X程序的对比验证

作者: 沈芷睿,孙启政,何东豪,潘清泉,张滕飞,彭良辉,杨伟焱

第一作者单位: 上海交通大学 核能与核技术工程

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010602

关键词: BEAVRS基准题; NECP-X; OpenMC; 对比验证

摘要

基于BEAVRS2.0.1基准题进行高保真建模,构建了含有193个燃料组件的压水堆和含有21个燃料组件的压水堆堆芯模型。应用确定论一步法程序NECP-X和概率论蒙特卡罗程序OpenMC分别对两种模型进行建模,计算热态零功率条件下堆芯的有效增殖因子、组件功率的分布以及各个控制棒组的控制棒价值。对比验证计算结果表明:热态零功率状态下有效增殖因子偏差在1.40×10-3以内,不同控制棒组插入状态下有效增殖因子偏差低于5.9×10-4,控制棒价值偏差均在4.9×10-4以内;不同控制棒组情况下堆芯功率分布的平均相对偏差均在0.6%以内。初步验证了两个程序对复杂堆芯精细建模计算的可行性和准确性,对程序的应用及完善具有参考意义。


题目:高燃耗下快堆燃料与包壳的化学相互作用模型建立及验证

作者: 陈启董,高付海

第一作者单位: 中国原子能科学研究院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010603

关键词: 快堆燃料元件; 芯块包壳相互作用; 腐蚀开裂; 高燃耗

摘要

快中子反应堆二氧化铀燃料元件在高燃耗、高中子注量率、高线功率和高温状况下运行,燃料与包壳材料会发生复杂的物理化学相互作用。燃料元件化学相互作用模型的建立对高燃耗快堆燃料元件的设计非常重要。针对快中子反应堆氧化物燃料元件与包壳材料发生的化学相互作用,采用动力学模型建立了二氧化铀与奥氏体不锈钢、铁素体-马氏体钢包壳材料的化学相互作用模型,并通过实验数据验证该模型。结果表明:建立的快堆二氧化铀燃料与奥氏体不锈钢的腐蚀模型可以成功预测最大燃耗10.8at%、辐照损伤87.5 dpa的包壳腐蚀;建立的快堆二氧化铀燃料与铁马钢的腐蚀模型可以成功预测最大燃耗9.3at%、辐照损伤76.6 dpa的包壳腐蚀。研究结果为高燃耗二氧化铀辐照元件及示范快堆燃料元件的设计和性能预测提供重要的参考价值。


题目:基于AHP分析的核应急救援演练评估模型

作者: 阮方,申超,程远,朱婧娴,栾飞,汪建业

第一作者单位: 中国科学院合肥物质科学研究院

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010604

关键词: 核应急救援演练; 评估指标体系; AHP权重分析; 模糊综合评价法

摘要

为实时评估核应急救援演练效果,提出了一种基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process method,AHP)权重分析的核应急救援演练模糊评估模型。该模型根据核事故应急救援流程,综合核应急救援队伍结构、执行任务分类、救援效果和人员安全要求,利用德尔菲法(Delphi Method)形成了以核应急救援演练效果为总目标,下设7个一级指标和27个二级指标的核应急救援演练评估指标体系。该模型利用基于AHP的模糊综合评价方法进行指标权重分配及多级模糊综合评价模型构建。以M310核电站长期超压安全壳救援演练为例,对该模型进行了应用与计算。评估结果有效地检验了核应急救援队伍的响应能力,检验了演练实战水平,同时也验证了该评估模型的有效性。


题目:RPV下封头熔融池换热特性数值模拟研究

作者: 朱光昱,闵金坤,靖剑平,王昆鹏,刘福东

第一作者单位: 生态环境部核与辐射安全中心

DOI:10.11889/j.0253-3219.2022.hjs.45.010605

关键词: 熔融物堆内滞留; 严重事故; 熔融池

摘要

熔融物堆内滞留(In-vessel Retention,IVR)指的是在核电厂严重事故发生后,通过在压力容器和保温层间隙注入冷却水防止压力容器熔穿失效。本文基于COMSOL Multiphysics软件建立了一个流-热-固耦合计算模型,对IVR技术作用下的反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)下封头双层熔融池的演变过程进行了仿真研究。当前模型计算结果表明:在稳态分层的状态下,与氧化物层接触的下封头未发生明显的熔化,与金属层接触的下封头会发生明显的熔化,但在被冷却条件下依然可以保持压力容器的完整性。

以上为《核技术》2022年1期的全部论文概要


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